Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 1. Материя. Движение. Сила

б) На каком расстоянии (по горизонтали) от того места, где автомобиль снесло с дороги, он падает на землю?

в) Каково было ускорение автомобиля на полпути его движения вниз?

г) Какой угол с горизонтом образует «туннель», проделанный автомобилем в сугробе?

Задача 22

Человек держит ствол ружья горизонтально на высоте 3 м над землей,

а) Через какое время после выстрела пуля упадет на землю?

б) Патронная гильза выбрасывается горизонтально в сторону в тот момент, когда пуля вылетает из ствола ружья. Через какое время гильза упадет на землю?

в) Сможет ли человек (таким же способом) выстрелить на Луне на большее расстояние?

г) Дайте четкое обоснование вашему ответу на вопрос ( в ).

Задача 23

Находясь в большом лифте, человек бросает в горизонтальном направлении мяч со скоростью, близкой к 3 м/сек. Начертите для каждого из указанных ниже случаев траекторию движения мяча, какой ее видит человек в лифте,

а) Лифт движется вниз с постоянной скоростью 3 м/сек.

б) Лифт движется равноускоренно с ускорением, направленным вниз и равным 10 м/сек/сек.

в) Лифт движется равноускоренно с ускорением, направленным вниз и равным 3 м/сек/сек.

г) Лифт движется ускоренно с ускорением, направленным вниз и равным 19,6 м/сек/сек (это достигается применением специального оборудования).

Силы — это то, что тянет и толкает; силы мы чувствуем, когда они на нас действуют; силы растягивают пружины, заставляют тело двигаться быстрее. Мы будем измерять силы при помощи пружинных весов. Поскольку эти приборы обычно градуируют в килограммах силы мы будем пока выражать силу тоже в килограммах силы. Позднее мы перейдем к более подходящим единицам.

При сооружении и проектировании мостов, зданий, кранов, машин инженеров очень заботит сложение сил или же разность сил для определения силы, необходимой для достижения равновесия. Можно показать, что силы — это векторы, т. е. они подчиняются правилу геометрического сложения. Векторному сложению и разложению уравновешенных сил посвящен раздел физики, называемый «статикой». Это большой, но скучный раздел физики, и большинство учебников уделяет ему много места, излагая приемы решения задач инженерной статики. Мы ограничимся лишь несколькими примерами, и даже их, пожалуй, лучше было бы опустить, чтобы уделить больше времени изучению силы и движения.

Прежде всего мы должны удостовериться в том, что силы — это векторы. Сказать, что они должны быть векторами, поскольку они характеризуются величиной и направлением, недостаточно. Это не убеждает нас в том, что силы складываются геометрически.

Хотя это утверждение кажется вполне правдоподобным, особенно тем, кто имеет дело с канатами и веревками на кораблях или кому приходится заниматься разбивкой палаток, мы же должны проверить его непосредственно. Было бы полезно самим увидеть тот опыт, который описан ниже.

ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ОПЫТ

На фиг. 65 показано приспособление, расположенное перед классной доской.

Фиг. 65. Демонстрационный опыт.

а— кольцо находится в состоянии покоя под действием сил, развиваемых двумя веревками (эти силы тяги измеряются пружинными весами) и пружиной 8 ; б— веревки и пружина убраны, сумма сил FA и FB определяется по правилу геометрического сложения; в— полученный результат проверяют путем измерения силы, которая фактически необходима, чтобы оттянуть кольцо до отмеченного на фиг. а положения при помощи одной веревки.

К металлическому кольцу прикреплены две веревки ОА и ОВ с пружинными весами АВ для измерения натяжений. Веревки должны создавать натяжения, удерживающие кольцо О в показанном на фигуре положении. Кольцо оттягивается в противоположном направлении большой пружиной S , которая другим концом прикреплена к стене.

Натяжением обеих веревок пружина растягивается настолько, чтобы кольцо О оказалось в данном положении. Показано положение кольца О и направления веревок ОА и ОВ . Весы А и В отмечают силы натяжения F Aи F Bпри помощи построения, предположив, что силы подчиняются правилу геометрического сложения. Для этого выбирают подходящий масштаб и откладывают в этом масштабе силы F Aи F Bпо направлениям ОА и ОB , а затем дополняют построенную фигуру до параллелограмма. Потом проводят диагональ параллелограмма F R, измеряют ее длину и подсчитывают по выбранному масштабу величину F R. Теперь мы знаем предсказанную сумму F R, т. е. силу, которой можно заменить обе силы натяжения, если к силам применимы, правила геометрического сложения .